Tübingen, University, Diss., 2001.

Zugl.: Stuttgart, Univ., Habil.-Schr.

Univ., Habil.-Schr.--Stuttgart.

Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2008.

Die Ausnutzung von gemischter Parallelität durch parallele Tasks führt im Vergleich mit reiner Datenparallelität und reiner Taskparallelität häufig zu effizienteren und flexibleren parallelen Implementierungen. In der vorliegenden Dissertation wird mit dem CM-task Programmiermodell eine Erweiterung des Standardmodells der parallelen Tasks vorgestellt. Damit wird die Modellierung von Kommunikationsoperationen zwischen zeitgleich ausgeführten parallelen Tasks unterstützt, was zur besseren Strukturierung von parallelen Anwendungen mit einem regelmäßigen Datenaustausch zwischen verschiedenen Programmteilen beiträgt. Für das CM-task Programmiermodell wird das zugehörige Schedulingproblem definiert und ein entsprechender Schedulingalgorithmus vorgestellt. Die Anwendungsentwicklung im CM-task Programmiermodell wird durch das CM-task Compilerframework unterstützt, das eine gegebene plattformunabhängige Spezifiktion eines parallelen Algorithmus schrittweise in ein plattformspezifisches Koordinationsprogramm übersetzt. Das Koordinationsprogramm enthält Programmcode zum Anlegen und Verwalten der benötigten Prozessorgruppen, zum Ausführen der vom Anwender bereitgestellten CM-tasks auf diesen Prozessorgruppen sowie zur Realisierung der benötigten Datenumverteilungsoperationen zwischen den Prozessorgruppen. Der Aufbau und die Schnittstellen des CM-task Compilerframeworks werden in der vorliegenden Dissertation detailliert beschrieben. Anhand verschiedener Anwendungen aus dem wissenschaftlichen Rechnens wird die Einsetzbarkeit des CM-task Programmiermodells und des CM-task Compilerframeworks demonstriert. / Mixed parallel programming models based on parallel tasks often lead to more efficient and more flexible implementations compared to pure data and pure task parallelism. In this thesis, the CM-task programming model is proposed which extends standard parallel tasks such that communication phases between concurrently executed parallel tasks can be modeled thus allowing a better structuring of parallel applications that require a frequent data exchange between different program parts. Based on the CM-task programming model the CM-task scheduling problem is defined and a scheduling algorithm is proposed. The development of parallel applications within the CM-task programming model is supported by the CM-task compiler framework, which transforms a given platform independent specification of a parallel algorithm into a platform specific coordination program. The coordination program is responsible for the creation and the management of the required processor groups, the execution of the user provided CM-tasks on these processor groups and for the implementation of the data re-distribution operations between these processor groups. The architecture and the interfaces of the CM-task compiler framework are explained in detail. The applicability of the CM-task programming model and the CM-task compiler framework are demonstrated for several scientific applications.

Zugl.: München, Techn. Univ., Diss., 2008

Techn. University, Diss., 2002--Berlin.

Zugl.: Berlin, Humboldt-Univ., Diss., 2005 / Hergestellt on demand

Die Ausnutzung von gemischter Parallelität durch parallele Tasks führt im Vergleich mit reiner Datenparallelität und reiner Taskparallelität häufig zu effizienteren und flexibleren parallelen Implementierungen. In der vorliegenden Dissertation wird mit dem CM-task Programmiermodell eine Erweiterung des Standardmodells der parallelen Tasks vorgestellt. Damit wird die Modellierung von Kommunikationsoperationen zwischen zeitgleich ausgeführten parallelen Tasks unterstützt, was zur besseren Strukturierung von parallelen Anwendungen mit einem regelmäßigen Datenaustausch zwischen verschiedenen Programmteilen beiträgt. Für das CM-task Programmiermodell wird das zugehörige Schedulingproblem definiert und ein entsprechender Schedulingalgorithmus vorgestellt. Die Anwendungsentwicklung im CM-task Programmiermodell wird durch das CM-task Compilerframework unterstützt, das eine gegebene plattformunabhängige Spezifiktion eines parallelen Algorithmus schrittweise in ein plattformspezifisches Koordinationsprogramm übersetzt. Das Koordinationsprogramm enthält Programmcode zum Anlegen und Verwalten der benötigten Prozessorgruppen, zum Ausführen der vom Anwender bereitgestellten CM-tasks auf diesen Prozessorgruppen sowie zur Realisierung der benötigten Datenumverteilungsoperationen zwischen den Prozessorgruppen. Der Aufbau und die Schnittstellen des CM-task Compilerframeworks werden in der vorliegenden Dissertation detailliert beschrieben. Anhand verschiedener Anwendungen aus dem wissenschaftlichen Rechnens wird die Einsetzbarkeit des CM-task Programmiermodells und des CM-task Compilerframeworks demonstriert. / Mixed parallel programming models based on parallel tasks often lead to more efficient and more flexible implementations compared to pure data and pure task parallelism. In this thesis, the CM-task programming model is proposed which extends standard parallel tasks such that communication phases between concurrently executed parallel tasks can be modeled thus allowing a better structuring of parallel applications that require a frequent data exchange between different program parts. Based on the CM-task programming model the CM-task scheduling problem is defined and a scheduling algorithm is proposed. The development of parallel applications within the CM-task programming model is supported by the CM-task compiler framework, which transforms a given platform independent specification of a parallel algorithm into a platform specific coordination program. The coordination program is responsible for the creation and the management of the required processor groups, the execution of the user provided CM-tasks on these processor groups and for the implementation of the data re-distribution operations between these processor groups. The architecture and the interfaces of the CM-task compiler framework are explained in detail. The applicability of the CM-task programming model and the CM-task compiler framework are demonstrated for several scientific applications.

In this thesis, we study several nonlocal models to obtain their numerical solutions accurately and efficiently. In contrast to the classical (local) partial differential equation models, these nonlocal models are integro-differential equations that do not contain spatial derivatives. As a result, these nonlocal models allow their solutions to have discontinuities. Hence, they can be widely used for fracture problems and anisotropic problems. This thesis mainly includes two parts. The first part focuses on presenting accurate and efficient numerical methods. In this part, we first introduce three meshless methods including two global schemes, namely the radial basis functions collocation method (RBFCM) and the radial ba- sis functions-based pseudo-spectral method (RBF-PSM) and a localized scheme, namely the localized radial basis functions-based pseudo-spectral method (LRBF-PSM), which also gives the development process of the RBF methods from global to local. The comparison of these methods shows that LRBF-PSM not only avoids the Runge phenomenon but also has similar accuracy to the global scheme. Since the LRBF-PSM uses only a small subset of points, the calculation consumes less CPU time. Afterwards, we improve this scheme by adding enrichment functions so that it can be effectively applied to discontinuity problems. This thesis abbreviates this enriched method as LERBF-PSM (Localized enriched radial basis functions-based pseudo-spectral method). In the second part, we focus on applying the derived methods from the first part to nonlocal topics of current research, including nonlocal diffusion models, linear peridynamic models, parabolic/hyperbolic nonlocal phase field models, and nonlocal nonlinear Schrödinger equations arising in quantum mechanics. The first point worth noting is that in order to verify the meshless nature of LRBF-PSM, we apply this method to solve a two-dimensional steady-state continuous peridynamic model in regular, irregular (L-shaped and Y-shaped) domains with uniform and non-uniform discretizations and even extend this method to three dimensions. It is also worth noting that before solving nonlinear nonlocal Schrödinger equations, according to the property of the convolution, these partial integro-differential equations are transformed into equivalent or approximate partial differential equations (PDEs) in the whole space and then the LRBF-PSM is used for the spatial discretization in a finite domain with suitable boundary conditions. Therefore, the solutions can be quickly approximated.